UG模具设计之挤压模具设计原则

n5tznpz

. {; e0 ?6 W% F* w- y9 S7 F% N概 述
# l! w1 d+ L: k) R, |! w( C
塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态，然后在一定压力的作用下使它通过塑模，经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类很多，如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此，挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。

" @, }; f  Y8 r用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料，也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。
! k/ G% U2 ?% V! T8 S+ m  X
2 }0 [- i4 y% Z) f% n5 E挤出成型具有效率高、投资少、制造简便，可以连续化生产，占地面积少，环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用，其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此，挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。
5 X2 ?* R9 @. X9 G: G7 _9 Z
  K$ a3 L( A# c$ R1 q
挤出成型机头典型结构分析

机头是挤出成型模具的主要部件，它有下述四种作用。

（1）使物料由螺旋运动变为直线运动。

（2）产生必要的成型压力，保证制品密实。
" C8 i5 Q/ C: V
（3）使物料通过机头得到进一步塑化。
/ Z' O+ B' ]0 I6 o1 I
（4）通过机头成型所需要的断面形状的制品

现以管材挤出机头为例，分析一下机头的组成与 结构，见图所示




+ I& ]% u. h% q7 R3 e* d

n5tznpz

1．口模和芯棒
4 k% L) O* _, x# B
4 k  i& h7 Q% L# P口模成型制品的外表面，芯棒成型制品的内表面，故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。

# D, j3 s: @4 k( Q' a2．多孔板（过滤板、栅板）
2 F5 \( l* G7 S" D. ^
如图8-2所示，多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动，同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外，多孔板还能形成一定的机头压力，使制品更加密实。



8 o: {5 C9 n6 o/ P; g3．分流器和分流器支架
% r4 u# G3 D9 g0 o
分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状，便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。

1 P. t- B: H2 M6 n6 d; A分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒，同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。

4．调节螺钉

用来调节口模与芯棒之间的间隙，保证制品壁厚均匀。

5．机头体
0 A4 {; a( {+ E
. b3 j5 p5 `  s9 W* }+ d7 [- q用来组装机头各零件及挤出机连接。

6．定径套
6 U$ y+ ]# {! T1 `; ?, B; _
# @6 e2 F6 F" T5 ?5 m1 Y) E使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度，正确的尺寸和几何形状。
- Q' U% Y( {: P! e: f, z. C4 J
! p, V+ |' ~6 N7．堵塞
  U; L& P! D/ w4 Q+ Q$ z/ H
防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力。
! c/ f9 P0 A" m+ s
5 w, A% l" `2 ^0 b+ `: I
1 D; w. p5 c2 H8 X) U

n5tznpz

挤出成型机头分类及其设计原则
" v0 ]- G+ K4 N9 B
1.分类

由于挤出制品的形状和要求不同，因此要有相应的机头满足制品的要求，机头种类很多，大致可按以下三种特征来进行分类：

+ w" e1 F1 M9 C9 t; ]' u* ]  @. c（1）按机头用途分类
" y9 @  ~) p( C
0 ^, K/ {* Z# @0 ~! R' d可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；

+ x# ?& H9 X% c4 @# A（2）按制品出口方向分类

) A: [- ]: \& K8 V! R- K2 a可分为直向机头和横向机头，前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度，如电缆机头；
% C0 G; Q- F' f* o" G
8 a$ G6 P0 S9 i/ L$ ?  O* f: `9 }; y（3）按机头内压力大小分类
( s- w7 q! e! `2 x7 E$ u
可分为低压机头（料流压力为MPa）、中压机头（料流压力为4-10MPa）和高压机头（料流压力在10MPa以上）
. u6 V  I2 l" t- o
2．设计原则

（1）流道呈流线型

- I+ [" j2 e$ D% x4 v. U" R为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出，同时避免物料发生过热分解，机头内流道应呈流线型，不能急剧地扩大或缩小，更不能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑，表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。

. |/ r" G) O1 G5 f) m（2）足够的压缩比

为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝，根据制品和塑料种类不同，应设计足够的压缩比。

（3）正确的断面形状

机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状，由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响，机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状，二者有相当的差异，设计时应考虑此因素，使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关，因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。
1 n6 q. V0 o8 a  o7 C6 _  ]
/ M: S/ G0 X# ~& u3 \; e8 V( b* }（4）结构紧凑
) Y0 U5 q& o" c$ u5 h3 g& c% m
在满足强度条件下，机头结构应紧凑，其形状应尽量做得规则而对称，使传热均匀，装卸方便和不漏料。
! _$ [" g0 D+ o, t# ]- b& y4 k
（5）选材要合理
' X/ N2 w: g. H' p
由于机头磨损较大，有的塑料又有较强的腐蚀性，所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢，有的甚至要镀铬，以提高机头耐腐蚀性。
$ J' M: e% h7 S% b# j& h) d
此外，机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则。
5 _1 l  e0 F3 L( t' r/ R2 K% E
' r6 A& }9 J) u* M: m; L1 c
典型挤出机头及设计

* N6 f5 R9 ~1 ~1 j! V  I常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。
管材挤出机头及设计
$ r0 s. r3 e. ]- c! Z
% W7 a* K8 L: j7 R  S9 v# j8 ~

n5tznpz

1．管材挤出机头的结构形式
4 p3 Z5 N9 |( v# N4 m' t1 O
常见的管材挤出机头结构形式有以下几种：

（1）直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构简单，具有分流器支架。芯模加热困难，定型长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。

1 ]7 c  m1 y* p) J! J6 z3 E（2）弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其结构复杂，没有分流器支架，芯模容易加热，定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。
9 P  \% v9 O, d9 a0 i
, a. m1 a3 @: M2 E, _（3）旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头，结构复杂，没有分流器支架，芯模可以加热，定型长度也不长。大小口径管材均适用。
9 ^4 j" _: I0 P; R
2．管材挤出机头零件的设计

（1） 口模

7 }2 Q5 B6 e% R7 [0 Z. m口模是成型管材外表面的零件，其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径，因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低，塑料因弹性恢复而发生管径膨胀，同时，管坯在冷却和牵引作用下，管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关，目前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值，一般是根据要求的管材截面尺寸，按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。

/ e# Y4 q- Q+ D( ^" O9 k$ D; [/ U) U
% K0 M1 a& V- X: J; h+ c